要約
ソフトアクチュエータの剛性を調整することは、環境との相互作用の効率を向上させるために非常に重要です。
しかし、現在の剛性調整機構では、高い横剛性と広範囲の曲げ剛性を同時に実現するのは困難です。
ここでは、指の解剖学的構造からインスピレーションを得て、双方向に調整可能な剛性アクチュエーター (BTSA) を提案します。
BTSA は、空気腱ハイブリッド作動 (ATA) と骨様構造 (BLS) を組み合わせたソフトとリジッドのハイブリッド構造です。
BLSの設計をサポートするために、対応する製造方法と剛性解析モデルを開発します。
結果は、曲げ変形に対する BLS の影響は無視でき、遠位点距離誤差は 1.5 mm 未満であることを示しています。
さらに、双方向に調整可能な剛性が機能することが証明されています。
曲げ剛性は ATA により 0.23 N/mm から 0.70 N/mm まで、3 倍の倍率で調整できます。
BLSの追加により、BLSなしの場合と比較して横剛性が最大4.2倍向上し、横剛性は1.2～2.1倍の範囲でデカップリング調整可能です（例：曲げ角度45度の場合、0.35 N/mmから0.46 N/mm）
）。
最後に、BTSA の利点を実証するために、水平方向の持ち上げおよび把握作業を実行する 4 つの BTSA グリッパーが開発されました。
要約(オリジナル)
Modulating the stiffness of soft actuators is crucial for improving the efficiency of interaction with the environment. However, current stiffness modulation mechanisms are hard to achieve high lateral stiffness and a wide range of bending stiffness simultaneously. Here, we draw inspiration from the anatomical structure of the finger and propose a bi-directional tunable stiffness actuator (BTSA). BTSA is a soft-rigid hybrid structure that combines air-tendon hybrid actuation (ATA) and bone-like structures (BLS). We develop a corresponding fabrication method and a stiffness analysis model to support the design of BLS. The results show that the influence of the BLS on bending deformation is negligible, with a distal point distance error of less than 1.5 mm. Moreover, the bi-directional tunable stiffness is proved to be functional. The bending stiffness can be tuned by ATA from 0.23 N/mm to 0.70 N/mm, with a magnification of 3 times. The addition of BLS improves lateral stiffness up to 4.2 times compared with the one without BLS, and the lateral stiffness can be tuned decoupling within 1.2 to 2.1 times (e.g. from 0.35 N/mm to 0.46 N/mm when the bending angle is 45 deg). Finally, a four-BTSA gripper is developed to conduct horizontal lifting and grasping tasks to demonstrate the advantages of BTSA.
arxiv情報
| 著者 | Jianfeng Lin,Ruikang Xiao,Zhao Guo |
| 発行日 | 2023-08-02 13:25:06+00:00 |
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